CN108043615A - 模拟天然降雨的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟天然降雨的试验装置，属于环境岩土工程试验设备技术领域，可以应用在与模拟天然降雨相关的试验研究方面。本发明包括平行设置的多根水管，相邻两水管之间的间距相同，水管底部沿长度方向均匀间隔设置有降雨水孔或者喷头，水管中部连接有进水管，每根水管的进水管并联连接于进水大管，进水管在进水大管上的连接点均匀间隔设置，进水大管两端为封闭结构，进水大管内套设有进水小管，进水小管两端为封闭结构，进水小管上沿长度方向均匀间隔设置有出水孔，进水小管中部连接有进水总管，进水大管上具有供进水总管穿过的孔。本发明结构简单、制作成本低、降雨的均匀性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟天然降雨的试验装置，属于环境岩土工程试验设备技术领域，可以应用在与模拟天然降雨相关的试验研究方面。
背景技术
通过人工降雨装置来模拟降雨，是一种理想的试验方法，它不受时间和空间限制，重现天然降雨，既节约了大量的人力和物力，又能在短时期内重复试验，缩短了试验的周期。同时，人工降雨装置还可以根据试验的需要，对降雨进行有效的控制，从多方面来研究降雨的各种特性(如雨量、雨强、雨滴大小和分布均匀性、降雨动能等)对相关的影响，参见[孙凯，张季如.针管式人工降雨装置的设计与应用[J].武汉理工大学学报，2013，35(12)：125-129.]。
1930年初，就有使用简易喷壶进行模拟降雨的试验，这是历史最早也是最简单的人工模拟降雨器。随后有美国的DuleyDHbys，Hendrickson、Zing研究了人工降雨装置，直到1958年Meyer与Mclune才制作了第一架较为完整的人工降雨模拟装置。之后，不断有专家学者对其进行研究与改进，使得其性能与运用领域都得到了进一步开发，代表性的有1976年中科院地理研究水文室研制的喷嘴式降雨模拟装置与1987年山西省水保所研制的侧喷式降雨模拟装置等。同时，将其运用到了土壤入渗、坡面产流和土壤侵蚀等方面的研究，为我国降雨模拟装置的开发与研制提供了良好的理论基础与实际案例，参见[夏平，蒋建清，蔡晶垚，等.人工降雨模拟装置的研制与工程应用进展综述[J].企业技术开发，2015，34(34)：4-6.]。
从本世纪30年代开始使用人工降雨器至今，应用降雨装置进行的相关试验研究很多，综合目前的试验结果来看，主要存在的不足是降雨均匀性不足、试验范围不大，可调节性差。因此，有必要进一步在降雨模拟精度、可调节性等方面进行研究。
目前已找到的试验方法，下面两种技术较接近：
现有技术一：参见[谢妮，王钊，邓卫东，等.非饱和土边坡的监测和人工降雨试验[J].武汉大学学报(工学版)，2008，41(2)：81-85.]，谢妮和王钊等设计的人工模拟降雨装置由供水系统、过滤器、流量表、潜水泵、供水管、喷头以及起支撑作用的金属框架组成。通过开启不同的管道，控制水泵的压力和总流量，让不同数量的喷头工作，就可以得到预先设计好的降雨强度值。通过调节3根开启管道的组合，来模拟不同的降雨强度。
现有技术二：参见[高小梅，李兆麟，贾雪.人工模拟降雨装置的研制与应用[J].辐射防护，2000，20(1～2)：86-90.]，高小梅和李兆麟等采用医用注射针头在一圆圈内振动洒落水滴模拟降雨，该模拟降雨装置主要包括贮水箱、水泵、高位水箱、液位控制器、流量计和降雨器等。降雨器是人工降雨装置的核心部分，由振动发生器、布针架、框架、供水管等部件组成。降雨器的工作原理是通过流量计控制的水，由供水管网稳压后再供给针头滴水，同时布针架在振动发生器的驱动下做水平圆周振动。通过振动将水滴破碎洒落于地面，使其均匀分布，从而达到模拟降雨的目的。
现有技术一的缺点为结构复杂，降雨强度调节范围有限，且降雨管网制作比较麻烦。
现有技术二的缺点为降雨的均匀性很难保证，另外降雨控制范围有限。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有背景技术中存在的不足之处，提供一种模拟天然降雨的试验装置，其结构简单、制作成本低、降雨的均匀性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：模拟天然降雨的试验装置，包括平行设置的多根水管，相邻两水管之间的间距相同，水管底部沿长度方向均匀间隔设置有降雨水孔或者喷头，水管中部连接有进水管，每根水管的进水管并联连接于进水大管，进水管在进水大管上的连接点均匀间隔设置，进水大管两端为封闭结构，进水大管内套设有进水小管，进水小管两端为封闭结构，进水小管上沿长度方向均匀间隔设置有出水孔，进水小管中部连接有进水总管，进水大管上具有供进水总管穿过的孔。
进一步的是：进水总管上设置有进水阀门。
进一步的是：进水阀门的出水端设置有水表。
进一步的是：进水总管的进口端连接有潜水泵。
进一步的是：进水大管端部与进水小管端部连接同一封堵板。
进一步的是：喷头具有球弧形出水面，球弧形出水面上均匀设置有多个出水孔。
进一步的是：水管分布区域配设有集水槽。
本发明具体试验过程如下：
试验开始前，首先打开潜水泵，通过调试进水阀门的开度来确定不同开度下的降雨量，并通过对降雨面积的测量，换算出相应的降雨强度。之后，根据模拟天然降雨强度需求，选择相应的进水阀门开度。将试验对象置于降雨装置下，通过喷头即可模拟不同强度下的降雨情况。
水流通过水表后，首先进入套在进水大管内部的进水小管，进水小管两端封闭，水流通过进水小管上均匀间隔设置的出水孔，这样可以保证进入进水大管的水流在全管各处水压基本一致，从而保证进入多排水管的水流量基本一致。水流进入每排水管之后，借助于每排水管上的降雨水孔或喷头，可以保障降雨控制区域内各处降雨比较均匀，从而实现模拟天然降雨的工况。
本发明的有益效果是：不仅可以通过调节进水阀门开度来控制降雨强度，而且可以通过进水大管内套装的进水小管来保证各进水管处的水压相同，从而进一步保证降雨均匀。另外，通过喷头球弧形出水面上均匀设置的出水孔，保证各个方向雨滴均匀。最后，设置有集水槽，通过对降雨后废水的回收，可以实现水体的循环利用。
附图说明
图1为本发明的平面布置示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图；
图3为单根水管的喷头安装示意图；
图4为喷头的大样图。
图中标记为：1-水管，2-喷头，3-进水管，4-进水大管，5-进水小管，6-进水总管，7-进水阀门，8-水表，9-潜水泵，10-水池，11-降雨范围边界线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明包括平行设置的多根水管1，相邻两水管1之间的间距相同，水管1底部沿长度方向均匀间隔设置有降雨水孔或者喷头2，水管1中部连接有进水管3，每根水管1的进水管3并联连接于进水大管4，进水管3在进水大管4上的连接点均匀间隔设置，进水大管4两端为封闭结构，进水大管4内套设有进水小管5，进水小管5两端为封闭结构，进水小管5上沿长度方向均匀间隔设置有出水孔，进水小管5中部连接有进水总管6，进水大管4上具有供进水总管6穿过的孔。
实施时，水流通过进水总管6后，首先进入套在进水大管4内部的进水小管5，进水小管5两端封闭，水流通过进水小管5上均匀间隔设置的出水孔，这样可以保证进入进水大管4的水流在全管各处水压基本一致，从而保证进入多排水管1的水流量基本一致。水流进入每排水管1之后，借助于每排水管1上的降雨水孔或喷头2，可以保障降雨控制区域内各处降雨比较均匀，从而实现模拟天然降雨的工况。本实施例中，水管1为并排设置的四根，每根水管1设置三个喷头2，进水小管5上设置两处出水孔，一处设在第一根水管1和第二根水管1之间的中部位置、另一处设在第三根水管1和第四根水管1之间的中部位置。水管1可采用PVC管，其造价低廉。
优选地，进水总管6上设置有进水阀门7，借助于进水阀门7的开度可以调节进水量。
优选地，进水阀门7的出水端设置有水表8，可以记录试验时间内的进水总量。
优选地，进水总管6的进口端连接有潜水泵9。通过潜水泵9将水从水池10提升至进水总管6。
为方便加工制作，同时使得水流从进水小管5进入进水大管4的水压均匀，进水大管4端部与进水小管5端部连接同一封堵板。
优选地，喷头2具有球弧形出水面，球弧形出水面上均匀设置有多个出水孔，保证各个方向雨滴均匀。
水管1分布区域配设有集水槽。通过对降雨后废水的回收，可以实现水体的循环利用。
Claims (7)
1.模拟天然降雨的试验装置，包括平行设置的多根水管(1)，相邻两水管(1)之间的间距相同，水管(1)底部沿长度方向均匀间隔设置有降雨水孔或者喷头(2)，其特征在于：水管(1)中部连接有进水管(3)，每根水管(1)的进水管(3)并联连接于进水大管(4)，进水管(3)在进水大管(4)上的连接点均匀间隔设置，进水大管(4)两端为封闭结构，进水大管(4)内套设有进水小管(5)，进水小管(5)两端为封闭结构，进水小管(5)上沿长度方向均匀间隔设置有出水孔，进水小管(5)中部连接有进水总管(6)，进水大管(4)上具有供进水总管(6)穿过的孔。
2.如权利要求1所述的模拟天然降雨的试验装置，其特征在于：进水总管(6)上设置有进水阀门(7)。
3.如权利要求2所述的模拟天然降雨的试验装置，其特征在于：进水阀门(7)的出水端设置有水表(8)。
4.如权利要求1所述的模拟天然降雨的试验装置，其特征在于：进水总管(6)的进口端连接有潜水泵(9)。
5.如权利要求1所述的模拟天然降雨的试验装置，其特征在于：进水大管(4)端部与进水小管(5)端部连接同一封堵板。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的模拟天然降雨的试验装置，其特征在于：喷头(2)具有球弧形出水面，球弧形出水面上均匀设置有多个出水孔。
7.如权利要求1至5中任意一项所述的模拟天然降雨的试验装置，其特征在于：水管(1)分布区域配设有集水槽。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180518 |
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